预应力锚杆复合土钉墙支护深基坑双排桩施工技术

摘要：以某高层建筑深基坑工程为例，研究其在完成双排桩施工后实施的预应力锚杆复合土钉墙支护施工技术。简述双排桩结构及其预应力支撑率，深入论述了深基坑开挖、预应力锚杆施工、土钉墙施工等方面施工技术。测试结果表明，运用本文所述预应力锚杆复合土钉墙支护施工技术，能够显著提升双排桩支护结构的承载性能，减少了潜在的安全隐患，提升高层建筑深基坑工程的整体施工效果。

关键词：高层建筑深基坑；预应力锚杆；土钉墙；复合支护体系

0 引言

高层建筑深基坑施工涉及到土体的稳定性，需考虑周边建筑、地下管线和环境保护等问题。预应力锚杆复合土钉墙支护结构作为一种集锚杆主动加固与土钉被动受力于一体的综合支护技术，以其独特的优势在高层建筑深基坑施工中得到了应用。该技术通过锚杆深入稳定土层提供强大的锚固力，结合土钉在土体表层的均匀分布，对深基坑土体形成复合支护体系，可显著提高深基坑的整体稳定性。

深入研究锚杆复合土钉支护结构的施工技术，对确保高层建筑深基坑的施工安全具有重要作用[1]。本文以某高层建筑深基坑施工为例，在其完成双排桩施工后实施的预应力锚杆复合土钉墙支护施工技术，为在复杂地质条件下进行深基坑施工提供了解决方案[2]。

1 工程概况

某高层建筑工程深基坑地面标高为35m，开挖面积为1530m2，开挖深度为15m。该建筑工程西侧为开阔空地，地质条件颇为复杂。经现场地质水文勘察确认，该施工区域上层为塑性指数大、稳定性差的粉质黏土及淤泥层，厚度在5～8m之间；下层为富含砂粒的砂岩，平均厚度约6m，且发现该砂岩层结构受损严重，部分残余砂层最大厚度可达2.5m；地下水平位平均高度约为5.2m，主要为地下孔隙水。由于该施工区域地质条件复杂，深基坑开挖过程中可能遇到土体承载力不足的问题。根据该深基坑的复杂地质情况，决定在双排桩支护的基础上，采用预应力锚杆复合土钉墙的支护结构。

2 预应力锚杆复合土钉墙支护施工技术

2.1 双排桩结构及其预应力支撑率

本文重点研究预应力锚杆复合土钉墙的支护施工技术，只对双排桩结构及其预应力支撑率进行简要介绍，其施工过程不予阐述。

2.1.1 双排桩结构特点

双排桩是基坑工程中常用的支护方式，本文所述深基坑工程由前、后两排互相平行的钢筋混凝土桩以及冠梁、前后排桩的桩顶连梁组成。基于弹性抗力法的双排桩支护结构，作用在前、后排桩上的土压力以及前、后排桩土抗力的作用深度和范围均不相同。

2.1.2 双排桩的预应力支撑率

在深基坑完成双排桩施工后、预应力锚杆和土钉墙支护结构体系施工之前，需要保证双排桩的预应力支撑率，以确保深基坑施工全过程的安全性。双排桩采用预应力锚杆进行加固支护[3]，在这种支护模式下，双排桩的承载力分散到众多锚杆上，从而显著提升深基坑整体支护能力[4]。双排桩预应力支撑率的计算公式如下：

（1）

公式中：P为双排桩的预应力支撑率，k为墙体总面积，e为支撑系数，a为惯性因子。

2.2 深基坑开挖

根据该深基坑地质情况和土方开挖技术要求，需进行分层逐步开挖作业，其每层开挖深度需进行精确控制，以保证深基坑土体的稳定性。开挖至淤泥层时，需进一步缩短开挖长度至5m以下，且必须采用沟槽开挖方法，以避免坑壁失稳[5]。

为增强深基坑坑壁的稳固，应适当减少各层开挖的高度和长度。在土方开挖过程中，需要人工清除松散土体，以增加坑壁的平整度。若开挖面渗水严重，应及时设置临时疏通孔。对于土质较差的地段，可先进行小部分的混凝土初喷。

2.3 预应力锚杆施工

2.3.1 预应力锚杆施工流程

预应力锚杆的施工流程如下：锚杆制作→放线定位→钻进成孔→安放拉筋→压力注浆→养护并达到设定强度→张拉锁定。

2.3.2 预应力锚杆与水泥浆液配制

预应力锚杆由钢质锚头、套管、预应力筋、止浆塞、垫板、螺母等组成。其套管由具有足够强度和化学稳定性的塑料管制成，用于压力注浆。预应力筋采用高强精轧螺纹钢制成，用于预应力张拉和锁定。

预应力锚杆注浆所用水泥浆普通硅酸盐水泥、粒径小于2mm的中细砂与符合技术要求的水，按2：2：1配合比搅拌而成。水泥浆液必须在初凝前、经过充分搅拌后方可使用。

2.3.3 预应力锚杆安装

在完成深基坑双排桩施工后，为了保证深基坑支护桩的稳固性，随着深基坑土方分层开挖，需要同步分层进行预应力锚杆施工。预应力锚杆钻孔时，在双排桩的轴心或其纵向连系梁中心位置钻设预应力锚杆孔，然后深入土体。

在预应力锚杆施工前，必须根据施工图纸准确标记预应力锚杆的位置并编号。在预应力锚杆放线定位后，使用锚杆钻机进行无水干钻。钻孔达到设计深度后，使用高压空气将孔内清理出来。锚杆孔检验合格后，将组装好的预应力锚杆的锚头端朝向锚杆孔并安放到锚杆孔底部。

预应力锚杆安放完毕后，在预应力锚杆的外端向锚杆孔中进行压力注浆。为提高预应力锚杆的抗拔能力，可在第一次注浆初凝2h后进行第二次压力注浆，并保压5min。预应力锚杆二次加压注浆的压力必须达到设计要求。注入的水泥浆完全凝固后，锚杆的锚固端、土体和双排桩即可稳固地连接在一起。

2.3.4 预应力锚杆张拉

完成预应力锚杆注浆且经过规定时间养护后，对锚杆进行预应力张拉。当锚杆的拉力值上升至设计拉力值的1.1倍左右时，保持10min，进行锚杆锁定作业。通过预应力锚杆施工，能够提升双排桩的稳定性，进而确保深基坑的施工安全。

2.4 土钉墙施工

2.4.1 土钉墙施工流程

在深基坑开挖过程中，为了防止坑壁坍塌，随着土方开挖、坑壁的分阶段形成和预应力锚杆施工的逐步完成，必须及时进行土钉墙施工。土钉墙的施工流程如下：初喷底层混凝土→放线定位→钻设土钉孔→安装土钉→土钉孔注浆→挂钢筋网并与土钉端部焊接→复喷混凝土至设计厚度。

2.4.2 土钉及其支护结构

深基坑开挖面垂直于地面，通常将土钉的安装角度设定为10～16°。该深基坑上层为粉质黏土等难以钻孔成型的软土地质，因此采用一级钢管作为土钉，钢管直径设定为35mm，壁厚在2.5～2.9mm之间。采用人工钻孔方法，将孔径控制在85～89mm之间。在成孔过程中应避开地下建筑物，按照设计要求保证土钉的角度、孔径和深度。

在土钉支护结构设计过程中，需要严格控制土钉长度与基坑深度的比例关系，以使土钉具有足够的支护强度，确保深基坑的整体稳定性与安全性。对于不饱和黏土，该比例应为0.3～0.4；对于软塑性粘性土，该比例不应小于1；在流塑性饱和土中，该比值可达5。土钉支护结构如图1所示。

2.4.3 土钉安装与注浆

在深基坑的坑壁进行清理、平整后，在其表层初喷一层底层混凝土，然后放线定位，钻设土钉孔并安装土钉，然后进入注浆操作阶段。底层混凝土的配合比按照设计要求进行配置。

注浆前，需将注浆袋绑在管口处，同时打开其底部注浆管。注浆时，土钉孔的注浆压力应保持在0.5MPa，根据土质情况可调整为0.4～0.6MPa。注浆操作时间保持在8～10min，直至土钉孔内充满水泥浆。

2.4.4 挂设钢筋网与喷射护壁混凝土

土钉完成安装与注浆且达到设计强度后，在坑壁上挂设钢筋网。将钢筋网主筋与外漏的土钉端部焊接成一体，以便将钢筋网牢固地挂设在坑壁上，从而保证在混凝土喷射过程中不发生振动或位移。

在完成钢筋网挂设后，进行护壁混凝土复喷操作，以使坑壁形成稳定的混凝土结构层。复喷混凝土的配合比与初喷时相同，喷射混凝土对钢筋网的保护层厚度至少应达到25mm，且需满足设计厚度。

喷涂作业应按照自下而上的顺序进行，喷嘴与坑壁的距离应保持在1m左右，喷涂方向应与坑壁面保持垂直[6]。遇到钢筋时，应先喷涂钢筋背面，再喷涂其正面，防止钢筋后面形成空洞。完成喷涂且混凝土终凝后开始进行喷水养护，促进护壁混凝土达到规定强度。

3 测试与分析

3.1 测试方法

设置3个测试小组，在弹性法求解的框架内，进行结构研究与数值计算时，选用ABAQUS（工程模拟有限元软件）来构建分析模型。针对预应力锚杆对双排桩支护的稳定性效果进行测试，分析该支护体系中各个组成部件的具体作用。

3.2 测试数据与分析

为实现这一测试目标，首先在有限元软件中输入该高层建筑深基坑工程的地质数据参数，然后通过软件模拟，分析在采用预应力锚杆支护条件下双排桩支护结构的压力变化动态，从而清晰地展示出预应力锚杆对支护结构稳定性的影响效果。前排桩支护结构弯矩变化情况如图2所示，后排桩支护结构弯矩变化情况如图3所示。

3.3 测试数据分析

从图2和图3可知，随着桩体深入土层的深度增加，3个小组在双排桩结构的弯矩变化趋于一致。在双排桩的支护结构中，后排桩出现显著的弯矩峰值。

由于后排桩的一部分为悬臂段，使得后排桩支护结构在此区域产生了较大弯矩。但是随着桩体埋深的增加，弯矩逐渐减小。分析认为，这是因为前后桩体之间存在高度差，能够有效分担并卸除部分土体压力，改善了桩体受力状况。

测试数据说明，3个小组的弯矩变化程度均在0kN·m以上，达到了预期效果。运用本文所述复合预应力锚杆支护结构，能够显著提升双排桩支护结构的承载性能，有效分散了土体压力、控制了桩体位移量，减少了潜在的安全隐患，从而提升了该高层建筑工程的施工质量。

综上所述，通过运用本文所述预应力锚杆复合土钉墙支护施工技术，有效提升了该建筑工程深基坑支护体系的整体稳定性和承载能力，减少了潜在的安全隐患，达到了预期效果，具有较好的应用前景。

4 结束语

通过工程实例，对预应力锚杆复合土钉墙支护高层建筑深基坑双排桩的施工技术进行了改进和创新，结合地质条件优化预应力锚杆布置与土钉墙施工方法，以最小的环境扰动实现了最大化支护效能，促进了工程质量的提高，保障了深基坑施工安全。但该设计还存在不足之处，如高性能复合材料替代传统材料等。

今后在施工和研究过程中，应对边坡的变形程度等进行监测，如发现施工中存在处理不到位的情况，应及时进行补救处理，严格把控施工材料的质量和施工设备的正常运行，确保深基坑支护的稳固与安全。

参考文献

[1] 董建华，吴晓磊，连博，等.土钉支护季节冻土区边坡冻胀效应耦合模型建立及求解[J].岩石力学与工程学报，2022，41（4）：809-821.

[2] 刘子豪，张建成，张波，等.含水率对土钉锚固土体抗剪性能影响[J].山东大学学报（工学版），2023，53（3）：14-22.

[3] 林君伟，阮永芬.土钉支护结构设计参数研究[J].建筑技术，2022，53（2）：170-172.

[4] 刘军，宋晔，张建全，等.装配式柔性面层土钉墙支护结构体系研究[J].建筑技术，2022，53（5）：565-568.

[5] 宋九平，徐青杨.大面积深基坑工程支护设计与变形监测分析[J].建筑结构，2023，53（S2）：2589-2593.

[6] 王刚，胡立强，孙尚渠，等.淤泥质软土基坑搅拌桩与土钉复合支护结构受力与变形特性[J].科学技术与工程，2022，22（12）：4962-4969.